Нормальное и детонационное сгорание

   Увеличенная теплоотдача в стенки приводит к перегреву двигателя и может вызвать местные разрушения поверхности камеры сгорания и днища поршня, первоначально выражающиеся в появлении на поверхности металла небольших щербин. Часто в первую очередь происходит разрушение кромок прокладки между цилиндром и головкой, завершающееся ее прогоранием. Характерно расположение таких разрушений во вполне определенных для данного двигателя местах, зависящих от конфигурации камеры сгорания, что связано с зонами преимущественного возникновения детонации и условиями отражения ударных волн от стенок.

   Следует отметить, что еще до появления каких-либо видимых разрушений работа двигателя с детонацией ведет к повышенному износу деталей.

                                    2.3. Способы борьбы с детонацией

   Основные положения перекисной теории детонации позволяют объяснить влияние различных факторов на возникновение детонационного сгорания в двигателе и помогают наметить пути борьбы с этим явлением.

   Согласно перекисной теории детонации повышение температур и давления в цилиндрах двигателя должно способствовать ускорению образования перекисных соединений и быстрейшему достижению критических концентраций, приводящих к детонации. Увеличение продолжительности пребывания последних порций топлива в камере сгорания также должно вести к образованию критических концентраций перекисных соединений и возникновению детонации.

   Эти положения хорошо объясняют влияние на возникновение детонационного сгорания таких показателей, как степень сжатия двигателя, форма камеры сгорания, диаметр цилиндра, материал поршней и головки блока цилиндров, наличие отложений нагара, угол опережения зажигания, число оборотов коленчатого вала, температура и влажность окружающего воздуха, состав смеси, температура охлаждающей жидкости и т. д.

   Детонация в двигателе с цилиндром увеличенного диаметра при всех прочих равных условиях возникает быстрее, поскольку в таком двигателе ухудшаются условия отвода тепла. Форма  камеры  сгорания должна быть такой, чтобы в ней не было мест, значительно удаленных от источника зажигания, и обеспечивался наилучший отвод тепла от той части рабочей смеси, которая догорает в последнюю очередь.

   Алюминиевые   поршни и головка блока цилиндров лучше отводят тепло, чем чугунные, поэтому условия для возникновения детонации в двигателях с алюминиевыми поршнями и головкой блока цилиндров менее благоприятны. Отложения нагара в камере сгорания затрудняют отвод тепла и тем самым способствуют возникновению детонации. При увеличении числа оборотов коленчатого вала сокращается время пребывания топлива в камере до сгорания за счет повышения скорости распространения фронта пламени, что приводит к снижению конечных концентраций перекисных соединений и затрудняет  возникновение детонации.

   Детонация в двигателе ослабевает или совсем исчезает при уменьшении угла опережения зажигания вследствие того, что при этом снижаются температура и давление газов в цилиндре двигателя и остается меньше времени на образование перекисных соединений. Наиболее эффективное средство предотвращения детонации в двигателе — это применение топлива, имеющего достаточную химическую стойкость в условиях камеры сгорания, т. е. обладающего необходимыми антидетонационными свойствами.

                           3. БЕЗДЕТАНАЦИОННАЯ РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ

Бездетонационная работа двигателя достигается применением бензина с соответствующей детонационной скоростью. Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по детонационной стойкости. Наименее стойки к детонации нормальные парафиновые углеводороды, наиболее - ароматические. Остальные углеводороды входящие в состав бензинов, по детонационной стойкости занимают промежуточное положение. Варьируя углеводородным составом, получают бензины с различной   детонационной   стойкостью,   которая   характеризуется октановым числом.

октановым числом - это  условный показатель детонационной  стойкости бензина, численно равный процентному содержанию (по объему) изооктана в смеси с нормальным гептаном, равноценной по детонационной  стойкости испытуемому топливу.

Для любого бензина октановое число  определяют путем подбора смеси  из двух эталонных углеводородов (нормального  гептана C7Hi6 с октановым числом=0 и изооктана С^Н^ с октановым числом =100), которая по детонационным свойствам эквивалентна испытуемому бензину. Процентное содержание в этой смеси изооктана принимают за октановое число бензина.

Определение октанового числа производится на специальных моторных установках. Существуют два метода определения октанового числа - исследовательский (И - октановое число по исследовательскому методу) и моторный (М - октановое число по моторному методу). Моторный метод лучше характеризует антидетонационные свойства бензина в условиях форсированной работы двигателя и его высокой теплонапряженности, а исследовательский - при эксплуатации в условиях города, когда работа двигателя связана с относительно невысокими скоростями, частыми остановками и меньшей теплонапряженностью.

Наиболее важным конструктивным фактором, определяющим требования двигателя  к октановому числу, является степень  сжатия. Повышение степени сжатия двигателей автомобилей позволяет  улучшить их технико-экономические  и эксплуатационные показатели. При  этом возрастает мощность и снижается  удельный расход топлива. Однако с увеличением  степени сжатия необходимо повышать октановое число бензина. Поэтому важнейшим условием бездетонационной работы двигателей является соответствие требований к детонационной стойкости двигателей октановому числу применяемых бензинов.

В топлива, детонационная стойкость  которых не соответствуют требованиям, добавляют высокооктановые компоненты (бензол, этиловый спирт) или антидетонаторы.

Антидетонаторы.    Несколько ,   десятилетий    применяют тетраэтилсвинец (ТЭС) в сочетании с веществами, обеспечивающими отсутствие отложений окислов свинца в камере сгорания, так называемыми выносителями. Например, в 1 кг бензина А-76 содержится 0,24 г ТЭС.

В чистом виде ТЭС не применяют, а  используют этиловую жидкость (ЭЖ), состоящую  из ТЭС, выносителей и красителей. ТЭС ядовит, поэтому искусственное окрашивание бензина , предупреждает об опасности. Добавлением ЭЖ увеличивают октановое число на 8...12 единиц. Главный недостаток ТЭС - ядовитость.

Ведутся исследования по созданию антидетонаторов  на основе марганца. Один из них - циклопентадиенилтрикарбонил марганца - широко не применяется, так как отсутствует эффективный выноситель для него.

Для определения детонационной  стойкости бензинов, полученных смешением  двух марок с различными октановыми числами (по моторному методу), используется формула:

ОЧ=ОЧ+Дв (ОЧв-ОЧн)/100,        (17.1)

где    ОЧн и ОЧв - октановые   числа   (по   моторному   методу) соответственно низко- и высокооктанового бензина;

Дв - доля высокооктанового бензина в смеси, %.